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USB 타입-C 애플리케이션의 전원 공급

USB 타입-C™ PD(Power Delivery) 표준은 포트당 7.5W(5V/1.5A) ~ 100W(20V/5A)의 전원을 공급할 수 있다. 하지만 시스템에 따라서 이용 가능한 입력 전압은 한계가 있다. 그렇다면 멀티 포트 시스템에서 여러 포트들 사이의 전원을 어떻게 배분할까?

전원 공유를 위한 한 가지 확실한 방법은 각각 포트에 대해서 전원을 제한하여 총 전원이 입력 전원 한계를 넘지 않도록 하는 것이다. 하지만 이러한 경우, 포트들간에 전원이 분배됨으로써 시스템으로 연결되는 어떤 디바이스는 가용 입력 전원을 최대한 활용하지 못할 수도 있다.

또 다른 방법은 하나의 포트에는 높은 전원을 제공하고 나머지 포트들의 전원은 엄격하게 제한하는 것이다. 이 방법을 통해 사용자들은 보다 큰 기기를 구동할 수 있으며, 더 빠른 고속 충전이 가능하다. 하지만 대부분의 소비자들은 제품 라벨이나 설명서를 자세히 읽어보지 않기 때문에 어떤 포트가 자신의 디바이스를 더 느리게 충전하고, 또 어떤 포트는 그렇지 않은지 알지 못한다. 그렇게 되면 사용자 만족도를 떨어뜨릴 것이고, 이는 제품 반품으로 이어지거나 고객 충성도에 영향을 미치게 된다.

또 다른 방법은 시스템 내의 포트들 간에 가용 입력 전원을 지능적으로 공유하는 것이다. TI의 TPS25740A PD 소스 컨트롤러는 2개의 핀을 사용하여 2포트 시스템에서 포트 전원 관리를 손쉽게 구현할 수 있다.

UFP 핀은 오픈-드레인 신호로써, 출력 포트의 상태를 나타낸다. UFP 신호는 정상적으로는 하이(high)인데, 출력 포트로 유효 부하가 연결되면 로우(low)가 된다. PCTL 핀은 입력으로서 이 핀이 로우로 풀링(pulling)되면 TPS25740A로부터 통지된 최대 전원을 절반으로 줄인다. PCTL 핀이 토글(Toggling)되면 연결된 부하가 전원 약정을 다시 협상하는데, 이때 전원 약정이란 그 포트로의 출력 전압과 이용 가능한 최대 전원을 정의하는 것이다.

[그림 1]은 포트 전원 공유를 사용한 36W 2포트 시스템의 예시를 보여준다. 먼저 양쪽 타입-C 출력 포트로 아무 것도 연결되어 있지 않으면 양쪽 포트 모두 36W를 사용할 수 있다고 통지한다. 그런 후 한쪽 포트로 어떤 디바이스를 연결하면 이 포트는 36W를 받을 수 있다. 그리고 유효 부하가 연결되었으므로 이 포트의 UFP 핀이 로우가 되어서 다른 쪽 포트의 TPS25740A의 PCTL 핀을 풀다운 한다. 그러면 이제 다른 쪽 포트는 18W만 사용할 수 있다고 통지한다.


[그림 1] 이 36W 시스템은 포트 전원 관리를 통해 2개 포트간의 전원을 지능적으로 공유한다.

이 후 두 번째 포트로 어떤 디바이스를 연결하면 이 포트의 UFP 핀이 로우가 되어서 첫 번째 포트가 전원 약정을 18W로 다시 협의하도록 만든다. 그러므로 양쪽 포트로 전원을 공급할 때는 각각 18W, 다시 말해서 총 36W를 넘을 수 없다.

2개 이상의 포트를 사용하는 시스템에서도 같은 방법을 적용할 수 있지만 마이크로프로세서를 사용해야 하므로 더 복잡해질 수 있다. 마이크로프로세서를 사용하여 시스템이 온도 등과 같은 다른 요인들에 따라 전원을 조절할 수도 있다.

이 외에도 USB 타입-C PD를 위한 멀티 포트 시스템 설계 시 고려해야 할 여러 가지 사항들이 있다.

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